1.2.2 Этап эскизного проектирования

На этапе эскизного проектирования уточняются структурные решения проектируемой системы, выбираются лучшие варианты хранения, обработки и передачи информации. Определяется та минимальная избыточность аппаратуры, которая обеспечит отказоустойчивость системы ее гибкость при изменении направлений передачи информации. На этом этапе производятся аналитические расчеты основных технических параметров входных – выходных сигналов, их номинальные и допусковые значения. Определяются интерфейсы передачи информации. Проводится обоснованный выбор базовых микросхем, покупных ЭРИ, определяются заводы - изготовители и поставщики. Прорабатываются варианты конструкций отдельных стоек, приборов, блоков, печатных плат. Выясняется состав контрольно-испытательных приборов (КИП) необходимый для обеспечения надежного контроля аппаратуры на всех проверочных этапах.

На этапе эскизного проектирования определяются критерии выбора элементной базы, определяется структура связей элементов, функциональные свойства, алгоритмы поведения, критерии оценки КС.

По этим данным производится эскизный расчет надежности подсистем и систем в целом, выявляются наименее надежные решения, вводятся, при необходимости, методы резервирования, автоматический самоконтроль важных параметров, обнаружение и исправление ошибок, и другие способы повышающие отказоустойчивость подсистем. Принимаются решения о способах и методах проведения технической диагностики и обслуживания при эксплуатации.

Для качественной и количественной оценки отказоустойчивости КС, применяются аналитические методы расчета надежности основных показателей: - вероятность безотказной работы; - интенсивность отказов; - среднее время наработки на отказ.

Планомерное и грамотное обеспечение надежности на начальных этапах проектирования дает значительный положительный эффект повышения качества КС, уменьшения переделок на последующих этапах и в эксплуатации. Поэтому, проведение предварительного расчета оценки надежности приобретает исключительное значение.

Своевременная оценка качества позволяет обоснованно выбрать и заложить в проект наилучшую структуру, элементную базу, технические решения, обеспечивающие заданную расчетную надежность. При этом, необходимо широко использовать средства моделирования, организационно-технического обеспечения (технические условия, нормы, стандарты, и др.).

Большое значение имеют предварительно разрабатываемые «Программы обеспечения надежности», охватывающие все этапы проектирования.

1.2.3 Этап технического проектирования

Этап технического проектирования является наиболее сложным, продолжительным и важным в разработке. Это этап проектирования «Принципиальных электрических схем» - Э3, к которым, как неотъемлемая часть (обычно вторым листом), придается «Перечень покупных изделий» - ПИ, определяющий количественный и качественный состав, выбранных разработчиком ЭРИ. Принципиальная схема Э3 отражает, в развернутом виде, все цепи связей между покупными изделиями, а значить определяет проходящие через ПИ токи - I, падающее на них напряжение – U.

Количественную оценку теплового действия электрического тока, или рассеиваемую на этом элементе, или участке цепи, тепловую мощность можно рассчитать по закону Джоуля - Ленца для цепей постоянного тока (в единицу времени) как:

P = IU = U² /R = I² R.

Если рассчитанная рассеиваемая тепловая мощность превышает допустимую, которая определяется техническими условиями (смотреть только учтенный экземпляр ТУ) на ЭРИ или паспортом (учтенный экземпляр П), то это означает, что данный элемент работает в недопустимом режиме и разработчиком допущена ошибка. Такая ошибка классифицируется лабораторией надежности как «Ошибка разработчика»и обычно приводит к отказу элемента из-за превышения теплового режима.

Поэтому, первейшей задачей разработчикана этапе разработки электрических принципиальных схем является проверка рабочих режимов каждого ЭРИ для верхних и нижних допустимых значений токов, напряжений, рассеиваемой тепловой мощности. Обычно заказчик требует оставлять запас порядка 0,75 от допустимого значения параметра.

Иногда, разработчику не удается обеспечить снижение рассеиваемой мощности на ЭРИ ниже допустимого за счет уменьшения тока или падения напряжения, а замены элемента на более мощный нет. В этих случаях необходимо применять различного рода теплоотводящие металлические подложки, ребристые радиаторы, воздушное охлаждение и другое.

Очень важным на этом этапе является процесс выбора ЭРИ среди относительно равноценных элементов, по своим техническим характеристикам. Не учитывая цены, предпочтение отдается элементу с наименьшей интенсивностью отказов - λ.

После выбора подходящих принципиальных схем и ЭРИ, проверяется надежность работы принятых технических решений путем их моделирования на средствах системы автоматизированного проектирования. При моделировании проводят испытание на надежность функционирования, контроля и диагностики в нормальных и экстремальных режимах, используя имитационное моделирование.

После моделирования, производиться аналитический расчет основных показателей надежности принципиальных схем. Их значения не должны быть ниже требуемых.